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HANNOVER MESSE 2018, 23. - 27. April
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Ströme in Wärmetauschern dirigieren

Mikrostrukturierte Strömungselemente für definierte Strömungsführung.

Karlsruher Institut für Technologie

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Logo Ströme in Wärmetauschern dirigieren

Produktbeschreibung

In vielen Prozessen, bei denen Wärme als Nebenprodukt entsteht, ist der Einsatz von Wärmetauschern sinnvoll. Hierbei wird die ungenutzte Wärmeenergie mithilfe von Wärmeübertragung wiederverwendet: Die freigesetzte Wärmeenergie geht auf eine Flüssigkeit, z.B. Wasser, in einen Kühlkreislauf über. Die Kühlflüssigkeit wird wiederum an min. einem Strömungskanal vorbeigeführt. So ermöglicht die wärmeleitfähige Kanalwand den Wärmeübergang vom wärmeren zum kälteren Medium. Die Abwärme wird übertragen und kann genutzt werden, z.B. für Heizsysteme.

Am KIT-Institut für Mikroverfahrenstechnik wurden spezielle mikrostrukturierte Strömungsleitelemente entwickelt, mit denen Rohr-in-Rohr-Wärmetauscher effizienter betrieben werden können. Dabei werden zwei ineinander gesteckte Rohre mit den Strömungsleitelementen versehen, jeweils im inneren Rohr und im Ringspalt zwischen äußerem und innerem Rohr. Die metallischen Leitelemente werden mittels selektivem Laserschmelzen in 3D gedruckt und passgenau in die Strömungskanäle eingesetzt.

Zwei Fluidströme, deren Temperatur differiert, werden in entgegengesetzter Richtung in die Rohre geleitet. Die neu entwickelte Geometrie der Leitelemente ist entscheidend für den hocheffizienten Wärmeübergang. Sie teilt den Fluidstrom im jew. Rohr in viele Teilströme, die kontrolliert aneinander vorbeifließen. Da die einzelnen Teilströme in Stufen nach oben/unten geführt werden, kommen sie im Strömungsverlauf mit der Rohrwand und den Teilströmen in Kontakt, ohne sich dabei zu vermischen. Nach jedem Kontakt mit der Rohrwand gleicht sich die Temperatur eines Teilstroms im Strömungsverlauf aus. Dabei sorgt die definierte Strömung für den optimalen Wärmeübergang, sodass der thermische Wirkungsgrad erheblich höher ist. Dies erlaubt eine reduzierte Baugröße des Wärmetauschers. Durch die temperaturregulierende Wirkung können die Strömungsleitelemente auch zur Prozesstemperierung eingesetzt werden, um eine bestimmte Betriebstemperatur stabil zu halten.

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